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Grundlagen zum 3-Phasen Netz
Das Stromnetz ist auf Wechselstrom und Drehstrom aufgebaut und wurde in dieser Form von Tesla
Das Stromnetz ist auf Wechselstrom und Drehstrom aufgebaut und wurde in dieser Form von Tesla
erfunden. Ohne Drehstrom und Wechselstrom gäbe es die heutige Selbstverständlichkeit und enorme
Anwendungsbreite der Elektrizität nicht.
Der Drehstrom ist ein Wechselstrom mit drei Phasen (stromführenden Leitungen). Der Begriff Drehstrom
ist aus der Erzeugung abgeleitet. Dabei werden drei Spulen im 120° Abstand rund um ein sich
drehendes Magnetfeld angeordnet. Dadurch entstehen drei um 120° phasenverschobene sinusförmige
Wechselspannungen.
Abbildung 1
Abbildung 2
Abbildung 3
Abbildung 4
Die Spulen L1, L2 und L3 werden als Stränge bezeichnet. Die erzeugte Spannung an jeder einzelnen
Spule wird als Strangspannung bezeichnet. Die Strangspannung beträgt in unserem Stromnetz 230 Volt.
Die Drehzahl des Magneten beträgt 3000 Umdrehungen pro Minute (also 3000 / 60 Sekunden = 50
Umdrehungen pro Sekunde = 50 Hz). Die Drehrichtung ist nach rechts. D.h. der Nordpol des Magneten
passiert die Spulen in der Reihenfolhe L1, L2, L3. Die Drehrichtung ist leicht durch Vertauschen von zwei
beliebigen Phasen umzukehren.
Laut Abbildung 1 würde man jedoch sechs Leitungen vom Generator zur Last benötigen. Aus diesem
Grund werden die Spulen (Abbildung 3) zusammengeschaltet , damit kommt man mit nur mehr 4
Leitungen aus. Betrachtet man das Diagramm 2, so stellt man fest das zu jedem beliebigen Zeitpunkt
die Summe der Spannungen U1, U2, U3 Null ergibt. Daher wird diese vierte Leitung auch Null-Leiter
genannt. Die Phasen werden manchmal auch als Außenleiter bezeichnet. Zwischen den Außenleitern
ergibt sich aus der Addition der Sinuskurven eine Spannung von 400 Volt.
Daher ergibt sich :
Zwischen jeder Phase und dem Nulleiter liegt 230V Wechselspannung an, zwischen zwei
beliebigen Phasen liegen 400V Wechselspannung an.
Ist die Last des Generators absolut symmetrisch (also an jeder Phase exakt die gleiche Last) so fl ießt
über den Nulleiter kein Strom. Man kann daher bei absolut symmetrischen Systemen den Nullleiter
einfach weglassen. Dies wird z.Bsp. auch bei Drehstrommotoren gemacht - diese haben üblicherweise
nur drei Anschlüsse (U,V,W) bzw. L1, L2, L3. Auch bei Hochspannungsleitungen werden nur die drei
Phasen vom Kraftwerk bis zu Ihrer Trafostation geführt. Im Prinzip besteht kein Unterschied im Aufbau
zwischen Motor und Generator.
Beim Generator ist der rotierende Magnet als Elektromagnet ausgeführt. Die Motordrehzahl wird fi x auf
3000 Umdrehungen eingestellt damit sich eine Ausgangsfrequenz von 50 Hz ergibt (50 Umdrehungen
pro Sekunde). Über eine elektronische Steuerung (AVR = Automatic Voltage Regulation) wird der
Gleichstrom durch den Elektromagnet und damit die Ausgangsspannung geregelt. Diese Regelung ist
nicht dazu geeignet Strom in das öffentliche Netz zu liefern (Netzparallelbetrieb). Im Netzparallelbetrieb
sind andere Steuerungen notwendig um den Generator mit dem Netz zu synchronisieren und Strom in
das Netz zu liefern.
Die Steuerung kontrolliert die Ausgangsspannung der drei Phasen und regelt entsprechend die Erregung
des Rotors. Bei ungleichmäßiger Belastung des Generators (z.Bsp. höhere Last auf L1) sinkt die
Spannung der entsprechenden Phase ab. Man spricht in diesem Fall von "Schräglast". Da die Elektronik
die Ausgangsspannungen der Phasen nicht unabhängig voneinander Regeln kann, hat die höher belastete
Phase eine niedrigere Spannung als 230V, die geringer belasteten Phasen eine höhere Spannung als 230V.
Sollte die Last sehr ungleichmäßig auf die Phasen aufgeteilt sein, so kann die Steuerung den Generator
abschalten, um gefährliche Unterspannungen bzw. Überspannungen auf den Phasen zu vermeiden.
Beim Motor gibt es verschiedene Ausführungen, am gebräuchlichsten ist der DAM (Drehstrom
Asynchronmaschine). Die Spulen sind beim Motor räumlich ebenfalls um 120° versetzt, damit bildet sich
im Inneren des Motors ein Magnetfeld welches mit 3000 Umdrehungen / Minute rotiert. Die Drehrichtung
dieses Feldes kann wieder durch den Austausch zweier beliebiger Phasen umgekehrt werden. Der Rotor
ist als Elektromagnet mit einigen wenigen Windungen (dem "Käfi g") ausgelegt. Wenn der Rotor steht, so
wird in dieser Spule ein sehr hoher Strom induziert, der Rotor wird dadurch zum Elektromagnet. Damit
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